六氟化硫斷路器結(jié)構(gòu)及其作用原理

關(guān)于六氟化硫斷路器結(jié)構(gòu)及其作用原理斷路器斷路器是指能夠關(guān)合、承載和開斷正常回路條件下的電流，并能關(guān)合、在規(guī)定的時間內(nèi)承載和開斷異常回路條件（包括短路條件）下的電流的開關(guān)裝置。第2頁,共35頁，2024年2月25日，星期天斷路器的分類

按操作方式分：有電動操作、儲能操作和手動操作；按結(jié)構(gòu)分：有萬能式和塑殼式；按使用類別分：有選擇型和非選擇型；按滅弧介質(zhì)分：有油浸式、真空式和空氣式；按動作速度分：有快速型和普通型；按極數(shù)分：有單極、二極、三極和四極等；按安裝方式分：有插入式、固定式和抽屜式等。第3頁,共35頁，2024年2月25日，星期天六氟化硫SF6氣體比空氣重5.135倍,一個大氣壓時，其沸點為-60℃。在150℃以下時,SF6有良好的化學(xué)惰性，不與斷路器中常用的金屬、塑料及其他材料發(fā)生化學(xué)作用。在大功率電弧引起的高溫下分解成各種不同成分時，電弧熄滅后的極短時間內(nèi)又會重新合成。SF6的介電強(qiáng)度很高,且隨壓力的增高而增長。SF6滅弧性能好，在一個簡單開斷的滅弧室中，其滅弧能力比空氣大100倍。第4頁,共35頁，2024年2月25日，星期天SF6斷路器六氟化硫斷路器是利用SF6氣體為絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)的無油化開關(guān)設(shè)備，其絕緣性能和滅弧特性都大大高于油斷路器。SF6斷路器的結(jié)構(gòu)有瓷瓶支柱式和落地罐式兩大類。第5頁,共35頁，2024年2月25日，星期天SF6氣體特性第6頁,共35頁，2024年2月25日，星期天SF6氣體的物理及化學(xué)性質(zhì)有哪些？

一、物理性質(zhì)：①在常溫常壓下，SF6是一種無色、無味、無嗅、無毒的不可燃?xì)怏w；②分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，分子直徑大；③分子量大，密度大二、化學(xué)性質(zhì)：①一般情況下，不與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，腐蝕性??；②具有較強(qiáng)的電負(fù)性（電負(fù)性是指分子或原子吸收自由電子而形成負(fù)離子的特性）。第7頁,共35頁，2024年2月25日，星期天SF6氣體無色、無毒、無味，分子量為146，空氣為28，相同條件比較，SF6氣體比空氣重；氮氣（N2）在-146.8℃以下可能被液化（O2在-118.8液化），而SF6氣體在45.6℃以上才恒為氣態(tài)，所以在通常使用條件SF6氣體有液化的可能，因此SF6氣體不能在過低溫度和過高壓力下使用。

SF6氣體比熱是空氣的3.4倍，SF6氣體為97.1J/（mol.℃）,空氣為28.7J/（mol.℃），因此SF6氣體對流散熱能力強(qiáng)，SF6斷路器溫升不會比空氣斷路器嚴(yán)重。SF6氣體具有優(yōu)良的絕緣性能，在比較均勻電場中，SF6氣體絕緣強(qiáng)度為空氣的2~3倍，在3個表壓下接近絕緣油的絕緣強(qiáng)度；但SF6氣體含有雜質(zhì)和水分時，絕緣強(qiáng)度下降。

SF6氣體具有優(yōu)良的滅弧功能，絕緣能力，大概為空氣的2倍；電弧弧芯部分溫度高導(dǎo)電性好，弧芯外圍部分溫度下降非常陡峭，外焰部分溫度低，散熱好；有利于熄弧，不會出現(xiàn)過高截流過電壓，電流過零后介質(zhì)恢復(fù)快，比空氣、油介質(zhì)快。SF6氣體的物理性質(zhì)：第8頁,共35頁，2024年2月25日，星期天SF6氣體穩(wěn)定的惰性氣體，在接觸電弧情況下，SF6氣體發(fā)生分解，分解后的氣體，在滅弧后迅速結(jié)合，大部分還原為穩(wěn)定的SF6氣體；SF6氣體水分含量不僅影響絕緣性能，也關(guān)系到SF6斷路器開斷后電弧分解物組成與含量。SF6氣體分解物為粉末狀絕緣物，具有強(qiáng)烈吸濕性，附在絕緣物表面，使沿面閃落電壓下降；分解物有強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)，對有機(jī)材料與金屬腐蝕，不有一些分解物是毒物質(zhì)，隨含水量增加而增加；在SF6斷路器內(nèi)放置既能吸附水分又能吸附低氟化合物的吸附劑。（使用后不可烘潮再生處理）SF6氣體擊穿電壓高于空氣的原因；是因為SF6氣體具有負(fù)電特性，即當(dāng)周圍有電子存在時，能為SF6氣體捕獲而成負(fù)離子，由于SF6是重氣體，在電場作用下流動遲緩，不象電子那樣容易加速而使氣體在電場作用下?lián)舸?。?頁,共35頁，2024年2月25日，星期天SF6氣體化學(xué)性質(zhì)：水分引起設(shè)備化學(xué)腐蝕：

（1）在常溫下，SF6氣體化學(xué)性能很穩(wěn)定。當(dāng)溫度低于

500℃時，一般不會自行分解。在常溫下濕度為

50﹪時閃絡(luò)電壓下降5﹪-17﹪，而在-2--29℃時水已變?yōu)楸W絡(luò)電壓并不改變多少。（2）SF6氣體水分含量超標(biāo)時，但溫度在200℃以上就開始分解，其反應(yīng)式為

2SF6+6H20→2SO2+12HF+O2

HF（氫氟酸）:其毒性,腐蝕性是最強(qiáng)的,對人的皮膚有強(qiáng)烈的腐蝕作用。

SO2：遇水化合變?yōu)闅辶蛩酘2SO3,也有強(qiáng)烈的腐蝕性.

第10頁,共35頁，2024年2月25日，星期天SF6氣體在電弧高溫的作用下，與水發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)從中還會分解出SOF2、SO2F2、SOF4、HF等既有害又有毒雜質(zhì)。（1）SOF4對動物的肺有傷害作用，其毒性會影響呼吸系統(tǒng)：

（2）SO2F2稱為“氟化氬硫酸”，它是無色有窒息性臭味的劇毒氣體，能造成動物的嚴(yán)重肺水仲，使肺部產(chǎn)生大量的滲出物并阻止氣體在肺部的上交換。使動物窒息致死。

（3）SO2F2是無色無臭的氣體。動物吸入后會組織上起全身性痙攣麻痹，使呼吸器官肌肉失去正常功能時而造成窒息。注：（其危險性在于無刺激性味，待發(fā)現(xiàn)中毒往往迅速造成死亡）。

(4)HF又稱氫氟酸:其毒性,腐蝕性是最強(qiáng)的,對人的皮膚有強(qiáng)烈的腐蝕作用.

第11頁,共35頁，2024年2月25日，星期天為什么SF6氣體絕緣強(qiáng)度高？1、其負(fù)電性強(qiáng)，很容易吸收電子，能阻遏“電子崩”的形成。2、SF6分子直徑大，能減弱與電子或SF6帶電質(zhì)點的碰撞游離。3、SF6的正、負(fù)離子極易重新組合合成SF6分子。以上特點是說明SF6氣體的絕緣強(qiáng)度高。第12頁,共35頁，2024年2月25日，星期天為什么SF6氣體可用作斷路器的滅弧介質(zhì)？

SF6是一種無色、無嗅、和不可燃的惰性氣體，化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定，它之所以被用作斷路器的滅弧介質(zhì)，是因為它具有以下特性：1、絕緣性能好。由試驗得知，在相同氣壓下，

SF6氣體的擊穿強(qiáng)度為空氣的2.5~3倍；當(dāng)壓力為0.26MPa（2.65ata）時，其擊穿強(qiáng)度已于與變壓器油相當(dāng)。因此，采用SF6氣體為絕緣介質(zhì)可使斷路器的外形尺寸大大縮小。第13頁,共35頁，2024年2月25日，星期天2、滅弧性能好。SF6氣體分子及其在高溫時分解成的氟和氟化物，具有吸附自由電子而構(gòu)成負(fù)離子的特性，使得SF6氣體中燃燒的電弧弧壓較低，弧徑較細(xì)，弧的熱慣性較小，這樣，在交流電流過零以后，弧道中的氣體很容易由等離子體恢復(fù)為絕緣介質(zhì)，因而在相同條件下，采用SF6氣體要比采用其他氣體（例如壓縮空氣）能熄滅更大電流的電弧，亦能斷開更大電流的電路。第14頁,共35頁，2024年2月25日，星期天SF6氣體中混有水分有何危害？SF6氣體中混有水分，造成的危害主要有以下兩個：1、水分引起化學(xué)腐蝕。干燥的SF6氣體是非常穩(wěn)定的，在溫度低于500℃時一般不會自行分解。但在水分較多時，200℃以上就可能產(chǎn)生水解，生成物中的HF具有很強(qiáng)的腐蝕性，對生物肌體有強(qiáng)烈的腐蝕作用；另一生成物SO2遇水生成硫酸，也有腐蝕性。水分的危害，更重要的是在電弧作用下SF6分解過程中的反應(yīng)，這一反應(yīng)的最后生成有SOF2、SO2F4、

SOF4、SF4和HF,都是有毒氣體。第15頁,共35頁，2024年2月25日，星期天2、水分對絕緣的直接危害。通常，氣體中混雜的水分是以水蒸氣形式存在，在溫度較低時可能因飽和凝結(jié)成露水附著在零件表面，在絕緣件表面上可能引起局部放電，甚至發(fā)展到沿面放電（閃絡(luò)）。斷路器中的SF6氣體嚴(yán)重受潮還可能導(dǎo)致開斷失調(diào)的嚴(yán)重后果。第16頁,共35頁，2024年2月25日，星期天水分對電器設(shè)備絕緣的危害

(1)水分在電器設(shè)備中，除了對絕緣件和金屬部件產(chǎn)生腐蝕作用之外，還在它的表面產(chǎn)生凝結(jié)水，附在絕緣件的表面，而造成沿面閃絡(luò)。(2)當(dāng)水分由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)后，從物理學(xué)上知道，對電器絕緣材料的危害性可以大大減少，即水變?yōu)楸?，它對電器設(shè)備的危害減少。(3)要使SF6氣體中的水蒸汽將凝結(jié)水或變?yōu)楸錀l件主要決定于水蒸汽的壓力和密度，在什么溫度下會達(dá)到飽和。人們知道SF6斷路器和GIS電器設(shè)備內(nèi)，SF6氣體的體積是不會變的，水蒸汽的飽和只和壓力、溫度有關(guān)。(4)當(dāng)SF6斷路器和GIS電器設(shè)備的水蒸汽及溫度達(dá)到某一值時，其壓力和密度達(dá)到飽和后，水蒸汽就不會凝結(jié)為露水，而直接變?yōu)楸恕＿@時對絕緣材料的危害就降低許多.（5）HF（氫氟酸）有腐蝕性、對瓷套內(nèi)壁釉面涂層有破壞作用。第17頁,共35頁，2024年2月25日，星期天SF6氣體中水分的來源有哪些？1、原來新氣中可能帶來的水分；2、設(shè)備中原來殘存的水分；3、充氣過程中可能侵入的水分；4、設(shè)備中使用的固體絕緣材料分解出的水分；5、設(shè)備密封不良而滲入的水分。第18頁,共35頁，2024年2月25日，星期天含水量超標(biāo)原因1、廠家組裝斷路器時，瓷套、滅弧室元件、拉桿等部件干燥不徹底；2、斷路器密封不嚴(yán)，運行中水分進(jìn)入。

3、設(shè)備現(xiàn)場組裝時進(jìn)入水分，或是充、補(bǔ)氣SF6氣體的含水量高和充氣管路吸附有水分。第19頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

水分的控制1、確保電器所有密封部件都具有良好的密封性能;

2、應(yīng)嚴(yán)格控制新的SF6氣體的含水量（8ppmw);

3、抽真空度的要達(dá)到規(guī)定值。真空度達(dá)到133.3Pa并至少維持2h以上。抽真空時間越長，真空度越高，則對降低氣體水分的含量越有利;

4、充氣設(shè)備必須良好;

5、充氣工藝必須規(guī)范;

6、提高檢修安裝的質(zhì)量。第20頁,共35頁，2024年2月25日，星期天含水量超標(biāo)處理1、利用氣體回收裝置將已充SF6氣體回收；

2、對斷路器抽真空，當(dāng)真空度達(dá)133.32Pa以下計時；

3、維持真空度至少30分鐘；

4、停泵并與泵隔離，靜止30分鐘讀取真空度A值；

5、再靜止5小時，讀取真空度B值；要求（B-A≤66.66Pa，極限允許133.32Pa）；否則重復(fù)3、4、5步驟；

6、對斷路器充SF6氣體至0.05-0.1MPa，靜止12小時測量含水量應(yīng)小于450ppm（V/V），否則，應(yīng)重新抽真空，并用高純度N2氣（99.99%）充至額定值，進(jìn)行內(nèi)部沖洗；

7、若含水量應(yīng)小于450ppm（V/V），可將SF6氣體充至額定值，靜止12小時以上，測量含水量應(yīng)小于150ppm（V/V）。第21頁,共35頁，2024年2月25日，星期天水份對SF6氣室內(nèi)絕緣件表面閃絡(luò)電壓的影響（1）當(dāng)SF6氣體中混入水分，其內(nèi)在是以H20的氣體份子形式混雜于SF6氣體之中，則SF6氣體與絕緣件固體的分界面的閃絡(luò)特性幾乎不受影響。

（2）若水分含量較多時，在溫度下降時能在固體表面結(jié)露，其絕緣性能就會下降，導(dǎo)致沿面閃絡(luò)。一般以-10°C的露點來控制水分

（3）水分對SF6氣體電弧分解生成物的影響

（4）由于上述危害，所以在運行中每年要監(jiān)視復(fù)測，含水量超標(biāo)要進(jìn)行處理。

SF6斷路器SF6氣體含水量在運行中升高原因：

從試驗和運行經(jīng)驗得知：一臺密封性能十分良好的六氟化硫斷路器及GIS電器運行或放置多年后，SF6氣體從電器往外泄漏量是微小，而電器內(nèi)部的水蒸汽密度卻增大。第22頁,共35頁，2024年2月25日，星期天在GIS設(shè)備中，用下面的辦法來控制水分（1）應(yīng)嚴(yán)格控制新的SF6氣體的含水量，不能超過國家標(biāo)準(zhǔn)。以美、德為標(biāo)準(zhǔn)。（2）改善GIS設(shè)備密封材料的質(zhì)量，嚴(yán)格遵守安裝密封環(huán)的工藝規(guī)程。（3）在GIS設(shè)備中放置吸附劑，并具備下列條件。A吸附劑放在低溫環(huán)境中，要以提高其吸水能力;B吸附劑應(yīng)有良好的吸附SF6分解的能力;C吸附劑與SF6分解物反應(yīng)時，不得產(chǎn)生二次有害物質(zhì);D吸附劑在工作時，不粉化、不潮解。GIS中水分的控制（2）（4）GIS設(shè)備盡量使用室內(nèi)式布置，可以控制室內(nèi)的溫度、濕度，減少產(chǎn)生水分的機(jī)會，避免灰塵和其他雜質(zhì)侵入到設(shè)備里去。第23頁,共35頁，2024年2月25日，星期天巡視檢查

主要是對運行中的設(shè)備進(jìn)行外觀檢查。目視其有無異常情況。一般每天或每周進(jìn)行一次。一般巡視檢查內(nèi)容如下：一、設(shè)備外部狀況：1、分合閘指示器、指示燈的指示情況。2、有無異常聲音或氣味產(chǎn)生。3、接線端子上有無過熱變色現(xiàn)象。4.瓷套有無開裂、臟污情況。5.接地端子,外殼或支架銹蝕或損傷情況。二、控制柜：SF壓力表位置指示情況從（正面觀察）。三、電動彈簧操動機(jī)構(gòu)：油緩沖器有無漏油。第24頁,共35頁，2024年2月25日，星期天SF6斷路器的主要優(yōu)點有哪些？1、SF6斷路器有極好的開斷性能，不僅大電流開斷性能較好，而且在小電流開斷時產(chǎn)生的過電壓也較低。2、結(jié)構(gòu)簡單，體積緊湊，占地少。3、維護(hù)檢修簡單，允許多次開斷，如：SF6斷路器一般允許100%額定開斷電流下可開斷20次，50%額定開斷電流下可開斷40次，在額定電流下可開斷2000次不用檢修，使檢修周期大幅延長。由于滅弧室斷口少，可使檢修調(diào)試工作量也相應(yīng)減少。4、安全性能高，純SF6氣體是穩(wěn)定的化合物，對人體無害，也無火災(zāi)之慮。第25頁,共35頁，2024年2月25日，星期天瓷瓶支柱式瓷瓶支柱式的總體結(jié)構(gòu)和常規(guī)的瓷瓶支柱式空氣斷路器與少油斷路器相同，屬積木式結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代滅弧室容器多用電工陶瓷，布置成“T”型或“Y”型。圖為我國生產(chǎn)的LW-220型SF6斷路器的單相外形圖。斷路器每相有兩個滅弧斷口金屬筒或絕緣筒支柱瓷瓶電工陶瓷“T”型操動機(jī)構(gòu)第26頁,共35頁，2024年2月25日，星期天瓷瓶支柱式第27頁,共35頁，2024年2月25日，星期天第28頁,共35頁，2024年2月25日，星期天第29頁,共35頁，